超低损耗量子芯片互联技术获突破

5个量子芯片的互联示意图。 图片来源：《自然-电子学》

来源：中国科学报

本报讯（记者赵广立）近日，南方科技大学深圳量子科学与工程研究院超导量子计算团队提出并实现了超低损耗的量子芯片互联技术，将芯片间量子态传输的保真度提高到单芯片水平（99%）。研究团队实现了5个量子芯片的互联，并展示了跨3个芯片的12比特最大纠缠态（GHZ态），为大规模、可扩展分布式量子计算网络奠定了基础。相关研究成果近日发表于《自然-电子学》。

近年来，超导量子计算发展迅速，可操作量子比特数目有望在未来几年扩展到数千个以上。然而，随着比特数量的增加，在单芯片上集成更多比特变得越来越困难。分布式量子计算通过多个量子芯片互联构建大规模量子处理器，有望突破困境，但目前芯片间的高性能互联仍是技术难题。

在该研究中，研究团队经过近两年的技术攻坚，研发出超低损耗且易于键合连接的超导同轴线，并在量子芯片上集成了阻抗转换器，以降低量子芯片连接界面的损耗。通过这些技术创新，团队实现了超高性能的超导量子芯片互联，信道单光子品质因子达到8.1×105，信道相干时间达到单芯片上量子比特的水平，跨芯片量子态传输保真度达99%。

利用该低损耗芯片互联技术，研究团队实现了5个量子芯片的互联，其中每个芯片上集成4个量子比特，构成一个20比特的分布式量子处理器。基于该分布式量子处理器，研究团队展示了跨芯片多比特纠缠态的制备，实现了跨芯片分布的4比特GHZ态，其保真度达到92%，是分布式超导量子处理器第一次在量子纠缠态制备上达到单芯片的性能。

最终，通过更多的跨芯片量子态传输和单芯片上的逻辑门操作，研究团队实现了跨3个芯片的12比特最大纠缠态，该GHZ态保真度达到55.8%。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41928-023-00925-z

《中国科学报》 (2023-02-21 第1版要闻)